光柵作為精密測量的一種工具
，由於他本身具有的優點，已在精密儀器、坐標測量、精確定位
、高(gao)精(jing)度(du)精(jing)密(mi)加(jia)工(gong)等(deng)領(ling)域(yu)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。光(guang)柵(zha)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)是(shi)以(yi)光(guang)柵(zha)相(xiang)對(dui)移(yi)動(dong)所(suo)形(xing)成(cheng)的(de)莫(mo)爾(er)條(tiao)紋(wen)信(xin)號(hao)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)
，對(dui)此(ci)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)處(chu)理(li)，即(ji)可(ke)獲(huo)得(de)光(guang)柵(zha)相(xiang)對(dui)移(yi)動(dong)的(de)位(wei)移(yi)量(liang)。將(jiang)光(guang)柵(zha)位(wei)移(yi)傳感器與微電子技術相結合，進行線性位移量的測量，以實現較高的測量精度。

硬件電路

本設計的硬件電路主要由單片機89C51、計數器8253
、細分與辨向電路、信號變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。

光柵位移傳感器

光柵位移傳感器包括的部分：光柵；光柵光學組成。光柵光學係統的作用是形成莫爾條紋
；光電接受係統。光電接受係統是由光敏元件組成，將莫爾條紋的光學信號轉換成電信號，本係統采用的光敏元件是4個矽光電池。

 
圖1：硬件原理圖

信號變換電路

信號變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號轉換成方波信號。本文中采用的比較器LM339
，來自光柵的莫爾條紋照到光敏元件矽光電池上
，他們所輸出的電信號加到LM339的2個比較器的正輸入端上
，而在這2個比較器的負輸入端分別預製一定的參考電壓，該參考電壓應使光柵輸出的方波的高、低電平寬度一樣。

細分與辨向電路

細分電路

為記錄光柵上移過的條紋數目和判斷光柵的移動率等
，傳感器中采用4極矽光電池來接收莫爾條紋信號。調整莫爾條紋的寬度B

，使他正好與4個矽光電池的寬度相同。則可直接獲得在相位上依次相差90°的4路信號，即進行4倍細分。如圖2所示。

 
圖2：細分原理圖

 
圖3：辨向電路原理圖

辨向電路

位移除了有大小的屬性外，還具有方向的屬性。為了辨別標尺光柵位移的方向，僅靠一個光敏元件輸出一個信號是不行的。必須有2個以上的信號根據他們的相位不同來判斷位移方向。因此，本設計采用的是4個矽光電池來接收莫爾條紋信號，則輸出的4路信號在相位上依次相差90°，利用這種特點設計的辨向電路的如圖3所示。圖中u1

，u2和u3，u4分別通過相同的電路實現對位移方向的區別。當莫爾條紋上移時（假設經過矽光電池的前2個
，此時u1
，u2有信號，u3

，u4無信號），則圖中A點有計數脈衝，B點為恒定電平
；當莫爾條紋下移時（假設經過矽光電池的前2個，此時u1，u2有信號
，u3，u4無信號），則圖中B點有計數脈衝，A點為恒定電平。用2個不同計數器分別記錄上移和下移所形成的脈衝數
，即可實現辨向。

LED顯示

本文采用動態4位顯示。第1位為符號為
，莫爾條紋上移為正
，下移為負；第2


，3位為整數位
；第4位為小數位。將所有的段選線並聯在一起，由單片機的P1口控製，而共陰極公共端分別由P3．0，P3．1
，P3．2
，P3．3控製
，實現各位分時選通。

軟件部分

軟件部分主要有采集子程序、數據處理和顯示子程序組成。

 
圖4：時序流程圖

采集子程序完成對計數值的讀入和轉化
；數據處理子程序完成對采集數據的線形化處理；顯示子程序對結果進行循環顯示。程序的流程如圖4所示。

結　語

本文中
，設計的硬件采用比較器LM339把光敏器件輸出信號轉換成方波信號，采用邏輯辨向電路，對光柵的正向、反向移動做準確的判斷
；采用8253的2個計數器分別對正反兩路信號進行計數，然後，用89C51進行數據處理，送到顯示器顯示。硬件結構簡單

、成本低、工作可靠、精度比較高；軟件采用彙編語言實現，程序簡單、可讀性強
、效率高。